Wissenschaftler schnitten ein Fenster in das Gehirn einer Maus und richteten einen Laser darauf, um Halluzinationen auszulösen.
Das ist komisch - aber die Ergebnisse der Studie, die heute (18. Juli) in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, waren noch seltsamer. Bemerkenswerterweise stellten die Forscher fest, dass Mäuse zwar viele Millionen Neuronen oder Gehirnzellen haben, das Laserlicht jedoch nur etwa 20 davon berühren musste, um die Maus dazu zu bringen, ein Muster an der Wand zu erkennen, das nicht wirklich vorhanden war.
Diese Ergebnisse inspirierten die Forscher, die selten geäußerte Frage zu stellen: Warum stolpern Mäuse (und Menschen) nicht ständig aus?
"Ein Maushirn hat Millionen von Neuronen; ein menschliches Gehirn hat viele Milliarden", sagte der leitende Studienautor Karl Deisseroth, Neurowissenschaftler und Psychiater an der Stanford University, in einer Erklärung. "Wenn nur etwa 20 eine Wahrnehmung erzeugen können, warum halluzinieren wir dann nicht die ganze Zeit aufgrund falscher zufälliger Aktivitäten?"
Diese unglaubliche mentale Sensibilität deutet darauf hin, dass das Gehirn von Säugetieren vielleicht noch feiner abgestimmte Maschinen sind als bisher angenommen, fügte Deisseroth hinzu, die in der Lage sind, auf eine äußerst geringe Anzahl von Gehirnzellen zu reagieren, ohne durch zufällig fehlgeschlagene Neuronen zu abgelenkt zu werden. Während sich das vorliegende Experiment nur mit der Erkennung einfacher visueller Muster befasste, ist es möglich, dass komplexere mentale Empfindungen wie Emotionen oder Erinnerungen ebenfalls von einer überraschend kleinen Anzahl von Gehirnzellen gesteuert werden.
Stolpern auf Lasern
Wie kann man eine Maus halluzinieren lassen, ohne beispielsweise Psychedelika zu verlieren? Für dieses Experiment verwendeten die Forscher eine Technik namens Optogenetik - im Wesentlichen die Insertion lichtempfindlicher Gene in das Gehirn eines Tieres, die bestimmte Neuronen zum Feuern bringen, wenn sie bestimmten Wellenlängen des Lichts ausgesetzt werden.
Die Technik wurde in früheren Studien verwendet, um Mäuse in hungrige "Zombies" zu verwandeln und Ratten dabei zu helfen, ihre Kokaingewohnheit aufzugeben. Hier wurde es verwendet, um zu lernen, wie das Gehirn von Mäusen reagiert, wenn verschiedene Muster horizontaler und vertikaler Linien gezeigt werden - und um zu sehen, ob diese neuronalen Reaktionen nur durch Pulsieren kleiner Gruppen von Neuronen mit gezieltem Licht wiederhergestellt werden können.
Die Forscher erfüllten diese Aufgabe, indem sie ein buchstäbliches Fenster in die Schädel der Mäuse schnitzten (komplett mit transparenter Glasscheibe und allem). Diese Operation legte den visuellen Kortex frei - die Gehirnregion, die für die Verarbeitung visueller Informationen sowohl bei Mäusen als auch beim Menschen verantwortlich ist. Die Wissenschaftler fügten auch Gene in die Mäuse ein, um zwei verschiedene Proteine zu produzieren, eines, bei dem Neuronen bei jeder Aktivierung grün leuchteten, und eines, bei dem Neuronen feuerten, wenn sie einem bestimmten Infrarotlaserlicht ausgesetzt wurden.
Als nächstes zeigten die Forscher den Mäusen ein Muster von sich bewegenden parallelen Linien und trainierten sie, einen Wasserspeier zu lecken, wenn die Linien perfekt vertikal oder perfekt horizontal waren. Dank der grün leuchtenden Proteine sahen die Wissenschaftler genau, welche Neuronen feuerten, als die Mäuse die unterschiedlichen Linienorientierungen erkannten und darauf reagierten. Dies ermöglichte es den Forschern, ein spezielles 3D-Hologramm von Laserlicht zu entwickeln, das genau an den richtigen Stellen im Gehirn der Maus abgefeuert werden konnte, um nur auf die Neuronen abzuzielen, die an der Erkennung horizontaler oder vertikaler Linien beteiligt sind.
Nun zu den "Halluzinationen". Allmählich zeigten die Forscher, dass die Mäuse die Projektionen der horizontalen und vertikalen Linien zunehmend dimmen und gleichzeitig mit ihrem speziellen Laser die entsprechenden Neuronen im Gehirn der Mäuse auslösen. Am Ende des Experiments hörten die Forscher auf, die Mäuselinien insgesamt zu zeigen - aber als der Laser die Neuronen traf, die für das Sehen horizontaler oder vertikaler Linien verantwortlich waren, reagierten die Mäuse immer noch, indem sie den entsprechenden Wasserauslauf leckten.
War das eine echte Halluzination? Haben die Mäuse die unsichtbaren Linien wirklich "gesehen"? Es ist unmöglich, sicher zu wissen, sagte Deisseroth in einem Nachrichtenartikel, der die Studie begleitete. Das Brennen der Gehirnzellen und die Verhaltensreaktionen der Nagetiere auf das Laserlicht sahen jedoch genauso aus wie "während der natürlichen Wahrnehmung", sagte Deisseroth. Tatsächlich veranlasste das Laserlicht das Gehirn der Mäuse, auf einen bestimmten visuellen Reiz zu reagieren, der nicht vorhanden war.
Bemerkenswerterweise, so die Forscher, konnten sie diese spezifischen neuronalen Reaktionen bei ihren Mäusen auslösen, indem sie auf 10 bis 20 Neuronen abzielten - ein Bruchteil eines Prozentes der gesamten Multimillionen der Mäuse.
"Wir wissen nicht, wie viele Zellen erforderlich sind, um bei einer Person ein ausgefeilteres Denken, eine sensorische Erfahrung oder eine Emotion auszulösen", sagte Deisseroth, "aber angesichts dessen, was wir sehen, ist es wahrscheinlich eine überraschend kleine Zahl." Die Maus."
